直流电机速度

数电实验部分

直流电机测速设计报告

隋欣航09021223

郑泽远09021201

指导教师：纪宝伦

一.设计技术前言

（一）设计任务

设计一个能对直流电机运行速度进行调速和测速的电路。

（二）基本要求

设计一个脉宽调速电路，实现对直流电机转速的控制。利用光电脉冲转换、整形、门控电路和计数电路测出直流电机的转速，并显示在数码管上。要求转速300转/分以下，越低越好。

（三）扩展要求

在完成基本要求的基础上加光耦脉冲计数和相位判别电路，进而识别电机的转向，并由LED显示转向的正反。

设计框图

二.设计方案选择及方案比较

方波发生器：555多谐振荡器构成

脉宽调整电路：555构成单稳实现

驱动电路：达灵顿三极管

测量转向电路：两个发光二极管

光电脉冲转换电路：光电耦合管（光耦）

脉冲整形：与非门

脉冲显示电路:数码管

控制转向电路：单刀双掷开关两个

计数器：五片161

三．选定方案其电路系统工作原理及工作过程

主要芯片说明

（1）NE555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振

荡器。组成的施密特触发器可用于脉冲的整形，单稳态触发器

可用于调整脉冲的宽度，多谐振荡器可用于提供方波信号。因

而NE555广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。其工作

原理如下：

555电

路的内部电

路方框图如

右图所示。

它含有两个

电压比较

器，一个基

本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K Ω的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3

V和

CC V。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关1/3

CC

状态。当输入信号输入并超过2/3

V时，触发器复位，555的

CC

输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3

V时，触发器置位，555的3脚输出

CC

高电平，同时放电，开关管截止。

R是复位端，当其为0时，

D

555输出低电平。平时该端开路或接VCC。

Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3

V作为比较器A1的参

CC

考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻

放电电路。

①构成单稳态

触发器

如右图

为由555定时

器和外接定

时元件R、C

构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于1/3

V，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个

CC

稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3

V时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从

CC

高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图如下：

暂稳态的持续时间T w （即为延时时间）决定于外接元件R 、C 的大小，T w =1.1RC 。 通过改变R 、C 的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。 ②

构成多谐振荡器

如图3-4，由555定时器和外接元件R 1、R 2、C 构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R 1、R 2向C 充电，以及C 通过R 2向放电端C D 放电，使电路产生振荡。电容C 在2/3CC V 和1/3CC V 之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图3-5所示。

图3-4 555构成多谐振荡器 图3-5 多谐振荡器的波形图

输出信号的时间参数是： T=21w w t t

1w t =0.7（R 1+R 2）C 2w t =0.7R 2C

其中，1w t 为V C 由1/3CC V 上升到2/3CC V 所需的时间，2w t 为电容C 放电所需的时间。

(2) 达林顿三极管tip122：

（4）光电耦合管 光电耦合管是一个光感应器，当光通

路被阻断，则电流中断，所以它可以用来对电机转数进行监测，电机每转一圈即阻断耦合管的光路一次，从而在光电耦合管的输出端送出一个个脉冲，提供计数器的脉冲输入。

四．各模块功能，公式推导，计算

1、方波方生器

用NE555组成的多谐振荡器，用它可以提供100Hz 的方波信号， NE555组成的多谐振荡器，用它产生的方波信号带动后面的电机转动，3脚为输出管脚。 参数计算：

根据NE555组成的多谐振荡器的性质，由c v 的波形可以求得电容C 的充电时间1T 和放电时间2T 各为C R R T )(211+=㏑

+

-

--T cc T cc V V V V =C R R )(21+㏑2，

C R T 22=㏑

-

+--T T V V 00=C R 2㏑2

故电路的振荡周期为T=1T +2T =C R R )2(21+㏑2， 荡频率为f=

T 1

=2

㏑ )2(121C R R +. 当f=100Hz 时，C R R )2(21+=0.0144，可令C=1μf, 1R =2R ,则可求得1R =2R =4.8k Ω.